成功部署协作机器人的三大关键步骤:培训、评估和设计

协作机器人为生产制造商带来了潜力,但企业只有在培训、评估和设计方面不断做出努力,它们才能长期取得成功。

协作机器人(通常被称为 cobot),是旨在在工作空间中可以与人类进行物理交互的机器人设备。传统的工业机器人在工作时需要使用安全防护装置和其他设备来保护人类。

协作机器人在传统和非传统领域都越来越受到欢迎,并可能带来一系列独特的挑战。虽然使用协作机器人可能与传统机器人非常相似,但实施的初始阶段将决定系统的成功程度。协作机器人的成功应用需要考虑三个重要因素 :培训、评估和设计

协作机器人的培训

对任何新型技术来讲,第一步都是培训。这个设备是如何工作的?它的功能和局限性是什么?将如何影响我们对安全的理解?

协作机器人在机器人领域的独特地位,得益于内部与力传感技术相关的设计。在检测到超过阈值的外力时,机器人就会停止工作,防止人员受伤。在机器人运动期间,允许的速度和扭矩也受到限制,以消除与运行人员的不安全接触。许多协作机器人都允许编程控制这些参数,以便根据系统需求来调整限制级别。这意味着实施这项技术的的人员,必须接受与自动化系统和协作机器人相关的、适当的安全需求培训。

对传统机器人来讲,很多安全策略都围绕着机器人和人的分离上,比如限制人类进入机器人操作区域的围栏等安全措施。在机器人和人共享的工作空间中通常会使用监视设备,如光幕和地板扫描仪。标准规定了在不同场景中,机器人和人之间的距离。

重要的实施步骤之一是指定一个安全标准。它要求在人类和机器人协同工作的情况下,改变安全方式。指导准则不断发展,关键是要了解最新行业标准和最佳实践。这些规定包括针对一般机器人系统安全的 ANSI/ RIA R15.06-2012,以及更具体针对协作机器人技术的 RIA R15.806-2016。技术报告 RIA TR15.806-2018 提供了关于设计协作工作空 间时可能需要的测试的额外指导。技术报告RIA TR15.806-2018 提供了设计协同工作区时可能需要的额外测试指南。

成功部署协作机器人的三大关键步骤:培训、评估和设计

协作机器人在机器人领域的独特地位,得益于内部与力传感技术相关的设计。本文图片来源 :Applied Manufacturing Technologies

系统安全性评估

对协作机器人最常见的误解之一是使用这种类型的设备使系统对人类安全。在实际应用中,功率和力的限制功能只适用于机器人本身。它们并没有考虑到任何其他潜在的危险,包括安装在主要机器人身体上的其他部件,如臂端工具(EOAT)。

实施协作技术的第二个关键因素是正确评估系统的安全性。安全风险评估,是对系统中潜在的危险进行基于任务的审查。根据严重性和发生频率等特征,对危险进行评级,然后审查通过设计减轻风险的能力。该持续进行的过程,应该从系统预设计开始,并延续到构建。遵循这种类型的迭代程序将确保安全考虑在设计期间得到满足,而不是事后才想到。

这个阶段的一个关键部分是考虑哪些任务将由自动化来完成。一般的经验法则是让人类做其最擅长的事情。这通常包括涉及关键决策、高度灵巧 / 感知、技术知识和非例行操作的任务。机器人最适合接管重复性和常规性的工作量。编程可以包括决策过程,但当决策输出有限时,这是一个有效的权衡。有了协作机器人,这种任务分配决策就会扩大到考虑它对风险评估的影响。

评估阶段将依赖于对协作设备和标准的了解。任务分配将受到机器人功能的影响。功率和力限制装置通过限制有效载荷和速度来控制力。例如,一家机器人制造商生产的协作机器人装置的最大有效载荷容量,从 4 千克到 35 千克不等。与工业机器人相比,这属于轻量级,工业机器人的有效载荷可以超过 2000 千克。与传统机器人模型相比,手臂速度受到明显的限制,这可能会影响周期时间目标。每个协作机器人任务都需要根据这些参数进行可行性评估。

评估阶段将依赖于对协作设备和标准的了解。任务分 配将受到机器人功能的影响。

协作机器人的设计

协作机器人实施的第三个关键环节是设计。从协作空间的角度来看,我们必须在设计概念中包括人的接触分析。即使使用的是 cobot,也不仅仅是机器人的问题。所有的工具和设备都需要与风险评估评价结合起来考虑。任务必须审查潜在的挤压和冲击接触危险,因为人类可能接近设备。

在安全标准中,有一些规范明确了对于涉及人体不同部位的危险,什么样的力量是可以接受的。例如,对腿部和眼睛的接触的考虑是不同的。协作机器人编程和设置的灵活性使得有必要了解这些规范,以及如何测试这些规范,以确保对操作者的安全进行适当限制。仿真等工具可以帮助识别危险和设计解决方案。

大多数协作机器人设备采用圆形轮廓,以增加接触时的表面积并减小受力。

大多数协作机器人设备都采用了圆形轮廓,以增加表面积并减少接触时的力。在作为工作区组成部分的其它工具和设备上,也应采用类似的精心设计。这可能包括使用特殊的盖子,以防止不必要地接触,避免对附近工人造成危险。当需要维护时,可以拆下盖子以便检修。

有时,由于工艺的原因,某些任务可能会造成无法解决的危险。例如,将零件固定到组件上所需的力可能超出规范限制。另一种选择是在操作过程中,使用辅助设备限制人员进入到受控空间。这可能涉及到诸如光幕之类的组件,以监控是否有人进入到设备周边区域。系统设计应在执行任务危险期间提供安全控制,并允许人与机器人之间的合作。

机器人正在为制造业和自动化公司带来独特的机会。然而,对如何使用协作技术缺乏了解往往会使这一过程更加困难。像对待标准机器人一样对待 cobots 将限制它们所能带来的价值。忽视协作工作空间所需的安全考虑,将在构建过程中造成不必要的挑战。实现价值的关键是在设计工作空间时从一开始就考虑到协作技术

作者:Kelly Chalmers, Applied Manufacturing Technologies

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